A impressão 3D mudou o mundo. Permitiu que as indústrias aeroespacial, médica, automotiva, de manufatura e muitas outras personalizassem peças e protótipos de uma forma que nunca conseguiram antes. Aumentou drasticamente a flexibilidade e a rentabilidade, ao mesmo tempo que reduziu o desperdício e o tempo de produção. Mas muitos materiais impressos em 3D não são os mais resistentes.



Uma equipe de químicos e cientistas de materiais da Sandia espera mudar isso. Eles desenvolveram um novo processo de impressão que imprime materiais não metálicos mais resistentes em tempo recorde, cinco vezes mais rápido que a impressão 3D tradicional.

“Isso abre um mundo totalmente novo sobre o que você pode construir e para que materiais 3D podem ser usados”, disse o cientista de materiais Samuel Leguizamon.

Ele liderou a equipe que desenvolveu o SWOMP, que significa Selective Dual-Wavelength Olefin Metathesis 3D-Printing. Conforme indicado pelo nome, utiliza luz de comprimento de onda duplo, ao contrário do processo de impressão tradicional.

Como funciona a impressão 3D

Tradicionalmente, a impressão 3D em cuba é realizada irradiando uma cuba de resina líquida fotossensível em um padrão desejado.

À medida que a resina é exposta à luz abaixo da cuba, a resina cura e endurece em uma camada de polímero. O polímero curado é então levantado e um novo padrão é projetado abaixo para curar as camadas subsequentes.

Um desafio:à medida que o polímero cura, ele adere à camada anterior e ao fundo da cuba. Após cada camada, o polímero curado deve ser retirado lentamente da cuba para evitar danos, retardando significativamente o processo de impressão 3D.

A colega criadora Leah Appelhans disse que é como assar biscoitos. "Depois de assar os biscoitos, você tem que deixá-los esfriar. Se você tentar descascar o biscoito quente da assadeira, ele fica mole e se quebra. A mesma coisa aconteceria com uma impressora 3D se você tentasse rapidamente imprimir cada camada. Seu trabalho ficaria deformado."

Samuel, Leah, o ex-Sandian Jeff Foster e o cientista de polímeros Alex Commisso descobriram uma maneira de resfriar os “biscoitos” mais rapidamente.

UV e luz azul

A chave é combinar duas luzes. Neste caso, luz ultravioleta e azul.

A equipe se inspirou em uma técnica conhecida como impressão contínua de interface líquida, juntamente com uma abordagem de impressão usando luz de comprimento de onda duplo para polimerizações à base de acrílico.

Com isso, eles criaram o SWOMP.

“Você ainda está imprimindo camada por camada, mas está usando um segundo comprimento de onda de luz para evitar a polimerização no fundo da cuba. Assim, ela não adere ao fundo”, disse Samuel. "Isso significa que você pode levantar a peça de polímero curada mais rapidamente e acelerar significativamente o processo de impressão."

Tornando os materiais 3D mais resistentes

Mas este novo processo não se trata apenas de eficiência. Trata-se de tornar os materiais impressos em 3D mais fortes e versáteis. A maioria dos materiais impressos por polimerização em cuba são à base de acrílico, e não o material mais resistente.

“É realmente difícil usar esses materiais em coisas como aeronaves, espaço, aeroespacial e automotivo. Eles são ambientes muito hostis”, disse o executivo de licenciamento da Sandia, Bob Sleeper.

Essa equipe recorreu ao material diciclopentadieno, comumente utilizado na produção de tintas, vernizes e retardadores de chama para plásticos. Eles conseguiram desenvolver uma maneira de polimerizá-lo mais rapidamente com a luz, para que pudesse ser usado com mais eficiência na impressão 3D.

“Mudamos os blocos de construção dos materiais de base acrílica para base de olefina”, disse Samuel. "O que nos permite imprimir materiais muito mais resistentes."

“Essa é a beleza do que eles estão fazendo”, disse Bob. "Você tem peças de plástico de altíssima qualidade que são feitas com muita precisão usando um pouco de luz de uma forma muito inovadora."

Abrindo um novo mundo de impressão 3D

Esta equipe espera que seu novo processo de impressão abra o mundo da impressão 3D.

“O que estamos tentando fazer é construir a caixa de ferramentas de materiais disponíveis”, disse Leah. “Queremos que designers, pesquisadores e engenheiros possam selecionar o tipo de material que desejam usar”.

Um dia, eles esperam ver essas peças impressas em 3D em foguetes, motores, baterias, talvez até em aplicações de fusão. Samuel disse que já estão conversando com pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore para explorar aplicações. “Acontece que monômeros já são usados ​​em componentes de fusão. Normalmente você não pensa em um polímero usado em fusão, mas é um potencial muito legal e excitante.”

A equipe também vê um mundo onde a impressão 3D possa ser feita mais facilmente em áreas remotas. “Estamos olhando para locais onde máquinas e peças não estão prontamente disponíveis; como no espaço, na Lua ou no Oriente Médio, em uma base militar dos EUA”, disse Bob. "Você pode trazer alguns materiais leves e fazer o que precisar na hora."

Samuel, que cresceu na pequena cidade de Wagener, na Carolina do Sul, também está pensando em aplicativos que possam ajudar mais perto de casa.

"Tenho cavalos. Cresci numa zona rural, o meu pai era ferrador, por isso estou a pensar em formas de fazer ferraduras para cavalos de corrida. Têm de ser resistentes ao impacto, mas ao alterar as propriedades do material, o stress pode ser melhor espalhado e impactado no espaço certo no casco. Você poderia pensar nisso como palmilhas para cavalos.

As possibilidades são infinitas.

“Acho que o que me atraiu na química em primeiro lugar foi o potencial de fazer algo que nunca existiu antes”, disse Leah. "O divertido da impressão 3D é que você aplica esse conhecimento químico a algo que tem um resultado muito concreto. Algo que você pode ver e segurar nas mãos."

Fornecido pelos Laboratórios Nacionais Sandia